XIAOZHONGMING

来源：上汽通用五菱汽车股份有限公司  作者：申红森

      摘 要：作者通过发动机工厂曲轴最终测量机的测量报告中增加条码问题分析和研究,利用现有的工业以太网网络,搭建了MODBUS/TCP通讯工作平台,实现了利用MODBUS/TCP网络对曲轴条码数据的传输,解决了曲轴测量报告中增加曲轴条码数据的问题,实现了曲轴生产过程中的可追溯性,提高了产品质量可靠性。


      关键词：数据传输；MODBUS/TCP；质量追溯；数据通讯

    0. 引言


      上汽通用五菱汽车股份有限公司发动机曲轴生产过程中，要对曲轴的测量结果进行追溯、存档。如果曲轴最终测量机生成的测量数据Q-DAS报告中没有曲轴条码的二维码信息（如图1所示），就查不到相应零件的测量报告，无法确认零件身份，对零件进行追溯，对于测量不合格或是测量超差零件的测量报告无法准确的与零件对应，容易造成不合格零件逃逸。
  

图1 没有零件号码的测量数据记录

      识别曲轴身份的二维码读码枪集成在用于测量机动作控制的PLC上，测量软件是运行在IPC（工业计算机）上的，因此，PLC将读码枪读到的曲轴号码传给测量软件是一个必要的环节。目前使用较多是采用PROFIBUS方案，该方案对于IPC来讲，需要增加PROFIBUS卡的投入，而且数据传输量小，传输速度慢。而MODBUS/TCP是一种基于工业以太网的协议，易用，稳定可靠，故选择此课题，尝试采用MODBUS/TCP通讯，实现IPC与PLC之间的通讯。实现曲轴串号与测量结果的绑定。PROFIBUS通讯在工业控制领域使用广泛，有丰富的产品和应用案例。但是随着互联网技术的发展，数据传输和处理量不断增大，另一方面，工业领域采用以太网TCP/IP的通讯硬件和应用越来越广泛，在现有的以太网装置上增加MODBUS/TCP的通讯应用不需要增加硬件投资，而且也是一种免费的协议，应用成本较PROFIBUS低，抗干扰能力强，传输距离远，在电控柜，工控电脑之间进行大量的数据传输和通讯具有较大的优势，越来越多的技术方案中采用该方式进行工业控制。西门子，力士乐，罗克韦尔，施耐德等工业控制领域的企业都在大量使用这种技术。因尔，基于以太网IP/TCP的MODBUS/TCP因其灵活的适应性而具备了很大的在工业控制领域的应用空间。


      Mo d b u s 是一种开放的协议， 始于上世纪9 0 年代，于99年对协议进行了，IANA（Internet AssignedNumbers Authority, 互联网编号分配管理机构）给MODBUS/TCP协议分配的TCP端口502，可以从www.Modbus.org下载到MODBUS/TCP协议详细说明。图2给出MODBUS/TCP协议的常用功能代码，从中我们可以看到MODBUS/TCP协议可以实现很多功能。

    1 方案设计及实施

      1.1 通讯方式


      通过PROFIBUS总线的联接模块联接读码枪，将曲轴条码通过二维码读码枪读到机床PLC中，然后通过MODBUS/TCP将数据传给MARPOSS测量软件QuickSPC，并由测量软件生成测量Q-Das测量数据。通讯方案示意图如图2所示。
  

图2 MODBUS/TCP协议常用功能代码

图3 通讯方案联接示意图

      1.2 9066数据处理


      机械手放曲轴在机床内时，触发读码枪读码，PLC读到码后，传给PLC中设置MODBUS/TCP数据地址，在9066中的SPC软件增加MODBUS/TCP通讯模块，MODBUS/TCP是基于以太网TCP/IP的通讯协议的，MODBUS/TCP模块读取PLC中的曲轴二维码信息，然后将信息QUICK SPC软件中的STACTIC模块将曲轴二维码信息写入Q-DAS数据，生成测量报告。时序图如图4所示。
  

图4 测量系统工作顺序图

  
    1.3 机械部分改造


      将工件有料传感器支架切掉一部分，增加一个读码枪安装板，安装读码枪。如图5，图6所示。
  

图5 读码装置安装位置

  

图6 读码装置安装结构

      1.4 新增PLC逻辑


      1）CPU MODBUS配置：打开CPU配置页面，在Setting子页面下，将“Modbus Adress Spare Mapping Type”设置为“Standard Modbus Adressing”，如图7所示。

图7 CPU MODBUS配置：地址影射方式

      然后就可以看到有“Modbus TCP Adress Map”子页面了，采用默认配置。如图8所示。

图8 CPU MODBUS配置：增加要影射的内存地址

      2）新增一段PLC逻辑，如图9所示。
  

图9 PLC逻辑： 数据高低字节交换

      增加读码及数据转存的逻辑。使用工件有料的上升沿信号作为读码触发条件。读码结果存在变量%R00151中。如图10所示。

图10 PLC逻辑：读码触发条件

      1.5 Q-SPC软件改进


      Marposs公司的Q-SPC软件采用模块化设计，根据客户需求进行适当的调整。如图11所示。

图11 Q-Spc软件的模块化设计

      其中FlowControl文件中即包括有用户定制的一些功能，包括Q-Das数据生成时的数据准备是否包括工件的条码数据等。如图12所示。

  

图12 Q-Spc软件的FlowControl功能

  
      SPC软件中MODBUS通讯模块及K0009，工件条码写入功能增加的代码。如图13，图14所示。


      3.3 控制电路的设计
  

图13 需要增加的MODBUS通讯代码

      2. 结束语


      2012年7月完成对课题中研究方法的实施，成功通过采用MODBUS/TCP通讯进行了数据传输，实现了将曲轴条码绑定到测量报告中，如图14所示。
  

图14 在测量数据中打包曲轴条码功能的实现